一种具有大位移补偿能力的帘线缠绕式异径弧形挠性接管论文和设计-张靖斌

全文摘要

本发明涉及一种具有大位移补偿能力的帘线缠绕式异径弧形挠性接管，弧形挠性管体两端分别与法兰接头连接；弧形挠性管体的两端具有不同的通径尺寸，其弧形面相对于弧形挠性管体的中心轴呈轴对称的、锥形的、弧形面，法兰接头的通径尺寸与连接端的弧形挠性管体的通径尺寸相匹配；弧形挠性管体为沿径向向外拱的单一弧形管体，弧形管体的圆弧半径与弧形管体的圆弧弦长相等，弧形管体两端与所述法兰接头圆弧过渡；弧形挠性管体由内向外依次包括内胶层、骨架层、外胶层；所述内胶层、外胶层为橡胶层；法兰接头采用三法兰一体式法兰接头结构，与弧形挠性管体硫化成型为一体；本发明可用于管路的变径挠性连接，具有良好的大位移补偿能力和减振抗冲击能力。

主设计要求

1.一种具有大位移补偿能力的帘线缠绕式异径弧形挠性接管，包括弧形挠性管体、及其两端的法兰接头；所述弧形挠性管体两端分别与所述法兰接头连接；其特征在于：所述弧形挠性管体的两端具有不同的通径尺寸，所述弧形挠性管体的弧形面相对于所述弧形挠性管体的中心轴呈轴对称的、锥形的、弧形面，所述法兰接头的通径尺寸与连接端的所述弧形挠性管体的通径尺寸相匹配；所述弧形挠性管体为沿径向向外拱起的单一弧形管体，所述弧形管体的圆弧半径与所述弧形管体的圆弧弦长相等，所述弧形管体两端与所述法兰接头以圆弧平滑过渡；所述弧形挠性管体由内向外依次包括内胶层1、骨架层2、外胶层3；所述内胶层1、外胶层3为橡胶层；所述骨架层2采用浸胶芳纶帘线缠绕成型；所述法兰接头4采用三法兰一体式法兰接头结构，与弧形挠性管体硫化成型为一体；或者所述法兰接头4采用扣压式结构，与硫化成型的弧形挠性管体扣压总成为一体。

设计方案

2.根据权利要求1所述的一种具有大位移补偿能力的帘线缠绕式异径弧形挠性接管，其特征在于，所述弧形管体的圆弧弦长L的确定，是以预定的所述弧形挠性管体长度在所述中心轴O-0上先确定两端不同通径的轴心位置a1、a2，在该两个轴心位置按预定的不同通径确定弧形管体的圆弧两端的两个端点，在同一侧该两个端点b1、b2的连线为所述弧形的弦，该两个端点的连线距离即是所述圆弧弦长L；所述弧形挠性管体的弧形确定，是按所述弦长L等于圆弧半径R及所述弦的两个端点b1、b2为所述圆弧上的点来确定所述弧形管体的弧形S；所述弧形挠性管体的确定，是所述弧形S围绕所述中心轴O-O回转360°得到。

3.根据权利要求1所述的一种具有大位移补偿能力的帘线缠绕式异径弧形挠性接管，其特征在于，所述法兰接头4采用刚性密封面法兰结构。

4.根据权利要求1所述的一种具有大位移补偿能力的帘线缠绕式异径弧形挠性接管，其特征在于，所述缠绕层数为偶数层，交叉设置各层帘线，缠绕角度为37°。

5.根据权利要求1所述的一种具有大位移补偿能力的帘线缠绕式异径弧形挠性接管，其特征在于，所述骨架层材料选取选用1100dtex\/1×2规格芳纶帘线，进行浸胶处理，所述芳纶帘线平均密度9.2根\/cm～13根\/cm。

6.根据权利要求1所述的一种具有大位移补偿能力的帘线缠绕式异径弧形挠性接管，其特征在于，所述三法兰一体式结构是由将所述骨架层2翻起反包于中间法兰面，并用内、外法兰压紧，以三层法兰构成一端法兰接头，并通过硫化工艺与管体成型为一体。

7.根据权利要求1所述的一种具有大位移补偿能力的帘线缠绕式异径弧形挠性接管，其特征在于，所述扣压式结构是将硫化完成的管体直管段外部两端安装套筒，内部插入装有法兰的芯管，通过扣压工艺将套筒牢固扣压在管体外部，使法兰接头与管体总成为一体。

设计说明书

技术领域

本发明涉及一种具有大位移补偿能力的帘线缠绕式异径弧形挠性接管，是一种采用帘线缠绕方式成型，具有两端不同通径，并具有大位移补偿能力的弧形橡胶挠性接管，属于管道连接件技术领域，主要用于具有异径连接需求且通径为DN40以上的中、低压管路系统。

背景技术

在石油、化工、船舶等各类工业领域中，液压、气压等管路在热胀冷缩、振动冲击等因素的作用下，会产生相应的力和位移，因此在管路系统中大量采用橡胶挠性接管，起到减振降噪、抗冲击、位移补偿和传递介质的作用，在设计和使用中，需要考虑管体耐压强度、位移补偿能力、减振降噪能力等性能，同时还需要考虑挠性接管规格尺寸、产品重量和接头安全可靠性等因素。

另外，在管路系统中，常会有两段管路之间或管路与设备接口之间通径有差异的情形，需要通过具有异径结构的接管实现过渡连接。在中、低压管路系统中，很多设备的安装空间较小，通常在这种情况下多采用异径结构的单(\/双)球体可屈挠橡胶接头产品(见图1)，或者采用综合性能较好的两端对称弧形的弧形挠性接管产品再外接异径金属过渡接头(见图2)。在传统技术领域里，上述两种产品结构在制造和应用中各有优劣，分析如下：

1)异径单(\/双)球体可屈挠橡胶接头：制造工艺简单，一般采用尼龙或聚酯帘子布包覆后充气成型，法兰可自由旋转，便于安装，具有一定的位移补偿能力和减振性能，但其平衡性差，安全系数低，密封面易产生蠕变、老化导致失效，法兰在内压作用下存在拔脱风险，增加了产品性能的不稳定性。该类产品一般使用寿命约2～3年；

2)弧形挠性接管外接异径金属过渡接头：接头具有优异的抗拔脱性、密封性，挠性接管位移补偿能力和减振性能高，平衡性良好，安全系数高，但外接异径金属过渡接头会引起管路系统流体紊流，影响其减振效果，并会产生额外的噪声；

3)如在现有的弧形挠性接管基础上，采用通常的“帘布包覆+充气成型”的工艺，很难实现异径结构的弧形挠性接管可靠的管体成型过程。

随着技术的发展和需求的提高，在各领域的管路系统中，为保证异径连接位置的挠性接管的安全可靠性和综合力学性能，需要采取可靠有效的结构和成型工艺，实现其减振降噪能力、抗冲击能力、位移补偿能力以及安全可靠性，同时尽可能避免流体紊流的产生。

发明内容

本发明目的在于克服传统挠性接管的不足，提供一种具有大位移补偿能力的帘线缠绕式异径弧形挠性接管，利用缠绕设备，采用帘线缠绕方式进行管体成型，并采用“三法兰一体式”或“扣压式”接头结构，实现挠性接管的高耐压强度、大位移补偿、接头抗拔脱、密封性、安全可靠性及异径连接需求，有效解决管路异径连接中的流体紊流效应的技术问题，达到良好的力学状态。

本发明的技术方案是这样实现的：

本发明一种具有大位移补偿能力的帘线缠绕式异径弧形挠性接管，包括弧形挠性管体、及其两端的法兰接头；所述弧形挠性管体两端分别与所述法兰接头连接；所述弧形挠性管体的两端具有不同的通径尺寸，所述弧形挠性管体的弧形面相对于所述弧形挠性管体的中心轴呈轴对称的、锥形的、弧形面，所述法兰接头的通径尺寸与连接端的所述弧形挠性管体的通径尺寸相匹配；所述弧形挠性管体为沿径向向外拱起的单一弧形管体，所述弧形管体的圆弧半径与所述弧形管体的圆弧弦长相等，所述弧形管体两端与所述法兰接头以圆弧平滑过渡；所述弧形挠性管体由内向外依次包括内胶层1、骨架层2、外胶层3；所述内胶层1、外胶层3为橡胶层；所述骨架层2采用浸胶芳纶帘线缠绕成型；所述法兰接头4采用三法兰一体式法兰接头结构，与弧形挠性管体硫化成型为一体；或者所述法兰接头4采用扣压式结构，与硫化成型的弧形挠性管体扣压总成为一体。

所述弧形管体的圆弧弦长L的确定，是以预定的所述弧形挠性管体长度在所述中心轴O-0上先确定两端不同通径的轴心位置a1、a2，在该两个轴心位置按预定的不同通径确定弧形管体的圆弧两端的两个端点，在同一侧该两个端点b1、b2的连线为所述弧形的弦，该两个端点的连线距离即是所述圆弧弦长L；所述弧形挠性管体的弧形确定，是按所述弦长L等于圆弧半径R及所述弦的两个端点b1、b2为所述圆弧上的点来确定所述弧形管体的弧形S；所述弧形挠性管体的确定，是所述弧形S围绕所述中心轴O-O回转360°得到。

优选，所述法兰接头4采用刚性密封面法兰结构。

优选，所述缠绕层数为偶数层，交叉设置各层帘线，缠绕角度为37°。

优选，所述骨架层材料选取选用1100dtex\/1×2规格芳纶帘线，进行浸胶处理，所述芳纶帘线平均密度9.2根\/cm～13根\/cm。

优选，所述三法兰一体式结构是由将所述骨架层2翻起反包于中间法兰面，并用内、外法兰压紧，以三层法兰构成一端法兰接头，并通过硫化工艺与管体成型为一体。

优选，所述扣压式结构是将硫化完成的管体直管段外部两端安装套筒，内部插入装有法兰的芯管，通过扣压工艺将套筒牢固扣压在管体外部，使法兰接头与管体总成为一体。

本发明的主要技术方案是以异径管体弧形体结构设计及缠绕工艺的可行性为前提，并充分考虑产品的使用要求和性能要求，以结构设计、工艺设计为重点进行挠性接管的设计和优化，主要包括以下几方面内容：

1)管体材料设计：充分考虑使用环境因素、耐介质要求、与骨架材料的粘合要求、与接头金属材料的粘合要求以及抗老化、抗疲劳、气密性等技术条件，选用适当的橡胶配方，以达到良好的环境适应性和良好的力学性能；

2)骨架材料设计：为实现良好的减振效果，达到高耐压强度和低刚度的综合性能，并兼顾缠绕工艺需求，采用浸胶芳纶帘线作为管体骨架增强层材料，利用芳纶所具有的超高强度、高模量、耐高温、耐酸、耐碱、重量轻以及良好的绝缘性和抗老化性等性能特点，通过选用有效的浸胶配方和工艺，实现芳纶与橡胶材料的良好结合，使管体可以获得良好的力学性能；

3)管体结构设计：根据管路异径连接安装需求，通过综合考虑力学性能要求，开展理论分析和建模分析，设计并优化弧形管体结构，通过对骨架材料力学分析、包覆角度设计、缠绕工艺研究，实现特殊的弧形管体成型，使挠性接管获得良好的振动噪声阻隔性能和大位移补偿能力；

4)管体成型工艺设计：异径弧形管体为轴向两端非对称结构，由于管体两端直径不同，管体中部直径最大，如采用传统的帘布包覆+充气成型的方式，对于帘布的角度、形状、线密度都有很高要求，且充气过程帘布变形情况复杂，质量难以控制，故在该设计中，不再采用此成型方式，而利用缠绕设备的回转缠绕功能，以帘线缠绕的方式进行管体缠绕成型，通过对缠绕角度、缠绕密度、缠绕层数等参数进行分析计算和设置，以有效的工艺保证管体的各项力学性能符合要求；

5)接头结构设计：选用同类产品中所采用的三法兰一体式法兰结构或扣压式法兰结构，根据结构尺寸进行适应性设计，通过合理的工艺，使管体与法兰接头实现可靠的总成连接，在保证管体达到理想的力学状态同时，使接头具备优良的抗拔脱性和密封性，从而达到挠性接管最优化的结构设计。

在挠性接管设计中，管体结构设计和成型工艺设计是重点，由于管体具有特殊的两端非对称弧形结构，管体骨架层缠绕理论与直管相比要复杂得多，不仅与帘线的捻度、拉伸模量及断裂应变有关，还与弧形异径管体本身的结构特点有关。

本设计采用芳纶帘线作为骨架材料，以1100dtex\/1×2规格芳纶连线为例，其主要性能参数如下：

设计图

一种具有大位移补偿能力的帘线缠绕式异径弧形挠性接管论文和设计

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